XX河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設計畢業(yè)設計

龍?zhí)稕_渡槽位于XX省XX縣XX河灌區(qū)西干渠上游處，樁號為1+800，竣工年限在1961年~1962年，經(jīng)過三十多年的運行，該渡槽出現(xiàn)嚴重的老化問題，加之灌區(qū)面積增加和流量增大，該渡槽已遠遠不能擔負輸水灌溉的任務，根據(jù)白蓮河水庫灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃成果(2003年），要求重建白蓮河渡槽。考慮到原渡槽所在渠道位于一較大的沖谷處，該段渠道在山洪期間常受洪水危脅。經(jīng)灌區(qū)重新規(guī)劃，將原山谷下的沿山渠道進行截彎取直，在截彎處新建新的龍?zhí)稕_渡槽，工程為III等工程，主要建筑物為3級。新建的渡槽采用矩形拱式渡槽，拱跨87m，共兩跨，槽底寬為4.0m，側(cè)墻高3.92m，設有間距為1.5m，高為0.1m的拉桿，考慮到交通要求，還設有1m寬的人行板。本設計布置等跨的間距為15m的單排架共12跨，與漸變段連接處采用漿砌石槽臺。排架與地基的連接采用整體基礎。槽身、排架、拱圈以及基礎采用預制吊裝形式。白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設計引言引言0.1、研究背景及意義渡槽是輸送渠道水流跨越河渠、道路、山?jīng)_、谷口等的架空輸水建筑物，是灌區(qū)水工建筑物中應用最廣的交叉建筑物之一，除用于輸送渠水外還可排洪和導流等之用。我國幅員遼闊，但水資源十分短缺，且由于地形和氣候的影響，水資源在時空上分布不均勻，有一半的國土處于缺水或嚴重缺水狀態(tài)。無論是資源性缺水還是工程性缺水，工程手段作為優(yōu)化配置的方法之一，主要就是在水源處修建取水工程，然后通過輸水工程把水送到不同的用戶，如南水北調(diào)工程、引灤入津、引灤入唐、引黃濟青、引黃入晉和東北的北水南調(diào)工程等等都是如此。渡槽便是其中一種重要渠系建筑物。本次畢業(yè)設計為白蓮河灌區(qū)龍?zhí)稕_輸水渡槽的初步設計。目的在于培養(yǎng)我們了解并初步掌握水利工程的設計內(nèi)容、方法和步驟，通過設計，能夠較熟練地運用和鞏固有關專業(yè)課、專業(yè)基礎課及基礎課所學的理論知識，并鍛煉運用所學理論去解決實際水利工程問題的能力，并提升編寫設計說明書、進行各種計算和繪制水利工程圖的能力。0.2、國內(nèi)外關于渡槽設計課題的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢世界上最早的渡槽誕生于中東和西亞地區(qū)。公元前29世紀前后,埃及在尼羅河上建考賽施干砌石壩,壩高15m,壩長450m,是文獻記載最早的壩,并建渠道和渡槽,向孟菲斯城供水。公元前700余年,亞美尼亞已有渡槽。公元前703年,亞述國王西拿基立(Sennacherib)下令建一條483km長的渡槽引水到國都尼尼微。渡槽建在石墻上,跨越澤溫的山谷。石墻寬21m,高9m,共用了200多萬塊石頭。渡槽下有5個小橋拱,讓溪水流過。渡槽在我國已有悠久的歷史。古代,人們鑿木為槽用以引水,即為最古老的渡槽。據(jù)《水經(jīng)·渭水注》:長安城故渠“上承泬水于章門西,飛渠引水入城,東為倉池,池在未央宮西?！薄帮w渠”即為渡槽,建于西漢,距今約2000年?；蛘f公元前246年興建的鄭國渠“絕”諸水即利用了渡槽。這說明渡槽在中國已有2000年以上的歷史。我國古代比較著名的渡槽有:古代陜西關中地區(qū)大型引涇灌區(qū)—鄭國渠,是中國古代最宏大的水利工程之一。公元前246年(秦始皇元年)由韓國水工鄭國主持興建,約十年后完工。它位于涇水和渭水的交會處,干渠西起涇陽,引涇水向東,下游入洛水,全長150余km,其間橫穿了好幾道天然河流,可能使用了“渡槽”技術。鄭國渠的建成,使關中干旱平原成為沃野良田,糧食產(chǎn)量大增,直接支持了秦國統(tǒng)一六國的戰(zhàn)爭。我國從20世紀50年代開始建造渡槽,目前國內(nèi)已建的各類渡槽有很多。其中單槽過流量最大的為1999年新建的新疆烏倫古河渡槽,設計流量120/s,為預應力混凝土矩形槽。單跨跨度最大的為廣西玉林縣萬龍渡槽,拱跨長126m。2002年完成的廣東東江——深圳供水改造工程在旗嶺、樟洋、金湖的3座渡槽上采用了現(xiàn)澆預應力混凝土U型薄殼槽身,為國內(nèi)首創(chuàng)。根據(jù)目前我國渡槽的發(fā)展狀況，渡槽在橫斷面上,以U型和矩形槽應用較為廣泛,特別是隨著施工方法的改進,如采用預制吊裝的渡槽,越來越廣泛的采用各種更輕、更強、更巧、更薄的結(jié)構(gòu),即槽身趨向采用U型、半橢圓型、環(huán)型、拋物線形等薄殼結(jié)構(gòu)或薄壁肋箱等。在支承型式上,除梁式渡槽和拱式渡槽外,又發(fā)展了一種拱梁組合式,拱梁式渡槽是從20世紀90年代逐步發(fā)展起來的,是在折線拱和桁架梁渡槽的基礎上,經(jīng)過研究改進發(fā)展起來的一種新型渡槽結(jié)構(gòu)形式。它具有結(jié)構(gòu)輕巧,受力狀態(tài)良好,外形美觀,便于施工,安全可靠,經(jīng)濟適用等特點。如湖南岳陽地區(qū)的涼清渡槽,槽身全長75.2m,由一跨50.4m的拱梁組合式結(jié)構(gòu)與兩端各一跨12.4m的簡支結(jié)構(gòu)組成。1990年建成后投入使用,運行狀況良好。在材料使用上,在使用一般鋼筋混凝土的基礎上,趨于使用鋼絲網(wǎng)水泥、高標號預應力混凝土,鋼材采用高強鋼絲、低合金鋼等。采用這種材料后一是降低混凝土槽身的壁厚,能使混凝土的壁厚由過去的幾十厘米減為十幾厘米;其次由于渡槽槽身構(gòu)件采用預應力工藝處理后,使渡槽在結(jié)構(gòu)上發(fā)生了質(zhì)的變化,抗裂性、抗震性和剛度大大提高,克服了鋼筋混凝土過早出現(xiàn)裂縫的弱點,充分發(fā)揮了高強鋼材的潛力,渡槽的斷面和變形也相對減少,而跨度卻可顯著地增大。從施工方法角度出發(fā),渡槽越來越趨于裝配式,由于灌溉及用水事業(yè)的發(fā)展和地形的需要,大流量、大跨度的裝配式渡槽逐年增多,并且這些大跨度、大流量的渡槽結(jié)構(gòu)多采用預應力結(jié)構(gòu)和拱架支承。小型殼槽則較多采用鋼絲網(wǎng)水泥結(jié)構(gòu)以有利于農(nóng)村小型工地的運輸和裝配。從施工工藝方面,預應力施工工藝逐漸廣泛地被采用,槽身的張拉,小型殼槽則采用先張法,即在預制廠內(nèi)固定的臺座上成批張拉高強鋼絲或鋼絞線,大型槽身則采用后張法施工,以構(gòu)件本身為臺座。在采用裝配式渡槽方面,由于吊裝技術和設備的改進,構(gòu)件的單元重量也逐漸增大,以適應大斷面、大跨度結(jié)構(gòu)的需要。如湖北省1973年修建的排子河裝配式渡槽,采用鋼桁架梁垂直吊升巨型的槽身構(gòu)件,起重量達200t,提升高度達50多m。目前,渡槽發(fā)展研究的總趨勢是,適應各種流量、各種跨度特別是大跨度渡槽結(jié)構(gòu)型式的研究;應用先進理論和先進手段進行結(jié)構(gòu)型式優(yōu)化設計;材料及施工技術的改進等。如斜拉式及懸吊式這類跨越能力最大的渡槽型式的研究;過水與承重相結(jié)合的合理結(jié)構(gòu)型式的研究;利用電子計算技術及先進設計理論優(yōu)選結(jié)構(gòu)型式的研究;早強快干混凝土和鋼纖維混凝土等材料以及新型止水材料的研制應用;構(gòu)件預制工廠化及大型機械吊裝等,有的已在逐步開展，有的在探索中,但是可以預見,渡槽工程在結(jié)構(gòu)型式、設計理論、建筑材料以及施工技術等方面,將有一個新的發(fā)展。0.3、畢業(yè)設計的基本要求及本設計主要內(nèi)容1）渡槽型式的選擇、工程總體布置及主要尺寸的擬定；2）渡槽的水力計算并編制相應渡槽水力計算軟件一個；3）渡槽槽身的結(jié)構(gòu)及配筋計算；4）渡槽排架(拱圈)的結(jié)構(gòu)及配筋計算；5）渡槽的穩(wěn)定計算；白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設計一、設計基本資料一、設計基本資料1.1、工程概況綜合說明龍?zhí)稕_渡槽位于湖北省浠水縣白蓮河灌區(qū)西干渠上游處，樁號為1+800，竣工年限在1961年-1962年，經(jīng)過三十多年的運行，該渡槽出現(xiàn)嚴重的老化問題，加之灌區(qū)面積增加和流量增大，該渡槽已遠遠不能擔負輸水灌溉的任務，根據(jù)白蓮河水庫灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造規(guī)劃成果(2003年）(以下簡稱灌區(qū)新規(guī)劃)，要求重建白蓮河渡槽?？紤]到原渡槽所在渠道位于一個較大的沖谷處，該段渠道在山洪期間常受洪水災害。經(jīng)灌區(qū)重新規(guī)劃，將原山谷下的沿山上渠道進行截彎取直，在截彎處新建新的龍?zhí)稕_渡槽，其位置見龍?zhí)稕_渡槽總體平面布置圖。1.2、水文氣象本流域?qū)儆趤喼迻|南季風氣候區(qū)，氣候溫和濕潤，夏季濕度大而炎熱，冬季干燥而寒冷，流域年平均氣溫約17℃左右。雨量豐富，多年平均降雨量約1300~1400mm（近年偏小），降水量在年內(nèi)分配不均，每年4-9月為主要雨期，降水量占全年降水量的70%左右。6月中旬至7月中旬是梅雨季節(jié)，梅雨時期雨強大、歷時長，籠罩面積寬廣，往往有內(nèi)澇發(fā)生。本地區(qū)最大風力為9級，相應風速為24m/s，基本風壓。1.3、工程地質(zhì)新建龍?zhí)稕_渡槽處地形高差（最低與最高）近30m，兩側(cè)崇山坡預計變蓋厚度5m-10m，特別是出口斜坡地段，出露的巖層有黑去斜長片麻巖、角閃片麻巖（小河床內(nèi)可見），一般基巖致密堅硬是建水工建筑物較好基礎。河床為砂卵石，覆蓋層厚度為5.0m；兩側(cè)為風化的花崗巖，覆蓋層厚較薄。渡槽軸線的右端有一平臺，高程在85.00m左右，粘土厚度為2.50m。1.4、工程任務與規(guī)模新建龍?zhí)稕_渡槽進口位于干渠樁號1+800，出口位于干渠5+000處。新建渡槽對原干渠樁號1+800-1+500段進行了截彎取直，使原來沖谷下的渠道不再承擔輸水任務。根據(jù)灌區(qū)新規(guī)劃，新建渡槽設計流量=。新建渡槽仍采用鋼筋混凝土矩形簡支梁式渡槽，支承采用排架型式。1.5、上、下游渠道資料上游渠底高程為78.6m，下游渠底高程78.2m，Q設＝26m3/s，Q加大＝31.2m3/s，i＝1/800，渡槽上、下游渠道，渠底寬4.0m，糙率n＝0.017。內(nèi)、外邊坡分別為1:1和1:1，該渡槽規(guī)劃時允許水頭損失為0.4m。表1-1上、下游渠道過水斷面水力要素流量（m3/s）縱坡i底寬b（m）流速v（m3/s）邊坡糙率n水深h（m）Q設＝261/25004.02.6861:11:10.0172.8Q加大＝31.21/25004.02.801:11:10.0173.071.6、建筑材料及安全系數(shù)該工程主要的建筑材料為水泥、混凝土、鋼筋等?；炷林囟萺c＝24KN/m3，溫度膨脹系數(shù)dc＝1.0×10－5/℃,混凝土其他特性性能指標見表1－2。采用Ⅰ和Ⅱ級鋼筋，Ⅰ級鋼筋強度設計值fy=fy’=210N/mm2。強度模量Es＝2.1×105N/mm2,Ⅱ級鋼筋強度設計值fy=fy’=310N/mm2,強度模量Es＝2.1×105N/mm2。鋼筋混凝土重度r＝35KN/m3。構(gòu)件裂縫寬度允許值，短期組合[Wmax]＝0.3mm，長期組合[Wmin]＝0.25mm。表1-2混凝土特性指標：（單位N/mm2）混凝土強度等級軸心抗壓軸心抗拉彈性模量Ec標準值fck設計值fc標準值fck設計值fcC2013.510.01.501.102.55×104C2517.012.51.751.302.8×104漿砌采用M15砂漿砌塊石。1.7、設計要求按初步設計標準設計，局部可深入考慮。進行渡槽總體布置，包括槽身、支撐、基礎等結(jié)構(gòu)型式的選擇。水力計算槽身設計支承結(jié)構(gòu)設計基礎設計1.8、畢業(yè)設計參考書目1、灌區(qū)水工建筑物叢書《渡槽》，水利水電出版社；2、河海大學等《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學》，中國水利水電出版社；3、清華大學出版《結(jié)構(gòu)力學》；4、《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（DL/T5057-1996）；5、《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GBJ7-89）；6、《水工建筑物荷載設計規(guī)范》（DL5077-1997）白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設計二、渡槽的水力計算二、渡槽的水力計算2.1、渠道斷面的水力計算進出口渠道斷面取m=1，B=4.0m，i=1/2500，n=0.017。按照明渠均勻流計算，根據(jù)公式Q=A（1-1）式中Q-為渡槽的過水流量（）為槽身過水斷面面積（）R-為水力半徑（m）i-為槽底比降n-為槽身糙率，鋼筋混凝土槽身可取n=0.014。得出渠道進出口尺寸試算如下表（2-1）：表2-1渠道進出口水力試算表BHAχinQ3.22.7916.712111.090121.3144070.00040.01725.842943.22.8016.811.11841.3167740.00040.01726.025663.22.8116.888111.146681.3191380.00040.01726.20913.23.0619.155611.853681.3770880.00040.01731.034063.23.0719.248911.881961.3793630.00040.01731.236733.23.0819.342411.910241.3816350.00040.01731.44015故得出，設計流量=26時，進口渠道水深為2.80m，流速為1.54762m/s，加大流量=31.2,時，進口渠道水深為3.07m，流速為1.620872m/s。2.2、槽身過水能力計算首先根據(jù)通過加大流量=31.2時槽中為滿水情況擬定i、B和H值?？捎嬎愠錾舷掠吻赖乃婢€高程級總允許水頭損失[ΔZ]：=+=78.6+3.07=81.67m=+=78.2+3.07=81.27m[ΔZ]=0.4m初步選定槽底縱坡i=1/800。因槽身長度初擬值為180m，大于15倍渡槽進口前隧洞水深，故可按下式（1-1）驗算槽身過水能力Q=A（1-1）式中Q-為渡槽的過水流量（）為槽身過水斷面面積（）R-為水力半徑（m）i-為槽底比降n-為槽身糙率，鋼筋混凝土槽身可取n=0.014。經(jīng)試算，選取槽身凈寬B=4.0m，通過加大流量時槽內(nèi)水深H=2.79m，槽壁糙率n=0.014。過水斷面面積A=4*2.79=11.16濕周χ=4+2*2.79=9.58m水力半徑R=A/χ=11.16/9.58=1.16493m流量Q=31.20256計算所得流量稍大于加大流量，故滿足要求，再以i和B試算通過設計流量=26時的槽內(nèi)水深。設h=2.42m，則過水斷面面積A=4*2.42=9.68濕周χ=4+2*2.42=8.84m水力半徑R=A/χ=9.68/8.84=1.09502m流量Q=26.009所得流量Q稍大于設計流量，可以滿足要求。試算數(shù)據(jù)如下表（2-2）：表2-2槽身水力計算試算表BHARniQ42.419.641.092971.061060.0140.0012525.8311042.429.681.095021.062390.0140.0012526.009042.439.721.097071.063710.0140.0012526.1104842.7811.121.163181.106020.0140.0012531.0596442.7911.161.164931.107130.0140.0012531.2025642.8011.21.166671.108230.0140.0012531.345572.3、水頭損失及水面銜接計算按渡槽通過加大流量=31.2計算。2.3.1、進口漸變段水面降落值：=(1+)(-)/2g+*式中：v--為槽身流速，v=31.2/11.16=2.7957m/s；--為進口段漸變始端斷面平均流速，=31.2/19.2489=1.614163m/s；--為進口漸變段局部水頭損失系數(shù)之和，取漸變段損失系數(shù)為0.2，門槽損失系數(shù)為0.050.2+0.05=0.25；--為進口漸變段長度，取=7.2m;--為進口漸變段的平均水力坡降，=（）/(),根據(jù)進口漸變段兩端斷面的A、R和n值，求出：=1/2*（0.017+0.014）=0.0155=1/2*（19.2489+11.16）=15.24445=1/2*(1.16493+1.610307)=1.38762m則=0.00065將以上各值代入，可求得：=(1+0.25)()/(2*9.81)+0.00065*7.2=0.336971m2.3.2、槽身段水面降落值：=iL=（1/800）*180=0.225m2.3.3、出口漸變段水面回升值：=(1-)((-)/(2*9.81)-*式中：--為出口漸變段末端渠道斷面平均流速，=31.2/19.2489=1.614163m/s；--為出口漸變段局部水頭損失系數(shù)之和，取漸變段損失系數(shù)為0.3，門槽損失系數(shù)為0.05，=0.3+0.05=0.35；--為出口漸變段長度，=13.35m；--為出口漸變段平均水力坡降，=（）/（），根據(jù)出口漸變段兩端斷面的A、R和n值，求出=1/2*（0.017+0.014）=0.0155=1/2*（19.2489+11.16）=15.24445=1/2*（1.16493+1.610307）=1.38762m則=0.00065可求得=（1-0.35）（）/（2*9.81）-0.00065*13.35=0.164266m2.3.4、總水頭損失△Z=+-=0.336971+0.225-0.164266=0.397705m求得的△Z值略小于允許水頭損失[ΔZ]=0.4m，滿足設計要求。2.3.5、進、出口高程的確定：上下游渠道的渠底高程分別為：=78.6m，=78.2m上下游渠道水面高程為：=78.6+2.8=81.4m，=81.0m通過設計流量時水深=2.8m；槽內(nèi)水深h=2.42m，進口漸變段水面降落=0.337m，槽身延程水面降落=0.225m，出口漸變段水面回升=0.1643m；下游渠道水深=2.8m。根據(jù)下式確定渡槽進出口高程。進口槽底高程=+--h=78.6+2.8-0.337-2.42=78.643m進口槽底抬高=-=--h=78.643-78.6=0.043m出口槽底高程=-=-iL=78.643-0.225=78.418m出口渠底降低=--h=2.8-0.043-2.42=0.337m出口渠底高程=-=78.418-0.337=78.081m2.4、通過設計流量時的水面銜接情況檢查和超高檢查按槽身通過設計流量=26計算。已知：進口漸變段始端斷面=16.8，=1.511m，=1.54762m/s；出口漸變段末端斷面=16.8，=1.551m，=1.54762m/s；槽身過水斷面=9.68，=1.095m，=2.686m/s。2.4.1、進口水面銜接檢查=1/2*（0.017+0.014）=0.0155=1/2*（16.8+9.68）=13.24=1/2*(1.511+1.095)=1.303m則=0.000651將以上各值代入，可求得：=(1+0.25)()/(2*9.81)+0.000651*7.2=0.311721m按通過加大流量時確定的進出口槽底高程，計算此時上游渠道出口與槽身進口的水位差：=（78.6+2.8）-（78.2+2.42）=0.78m即＜（差值為0.468m），進口發(fā)生落水現(xiàn)象。2.4.2、出口水面銜接情況檢查：=1/2*（0.017+0.014）=0.0155=1/2*（16.8+9.68）=13.24=1/2*（1.511+1.095）=1.303m=0.000651=（1-0.35）（）/（2*9.81）-0.000651*13.35=0.151m按通過加大流量時確定的出口槽底高程和出口渠底高程，計算此時兩斷面的水位差：=（78.08448+2.8）-（78.41974+2.42）=0.04474m即＞（差值為0.10626m），不發(fā)生壅水。2.4.5、復核水面超高h/12+5=242/12=35.167(cm)＜279-242=37（cm）故滿足要求。2.4.6、漸變段布置進出口漸變段長度計算：利用經(jīng)驗公式=C(-)式中C-系數(shù)，進口取C=1.5-2.0；出口取C=2.5-3.0；、-渠道及渡槽槽身水面寬度。=1.5(8.8-4)=7.2m；=2.5(8.8-4)=13.35m圖2-1槽身水力計算簡圖白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設計三、槽身結(jié)構(gòu)計算三、槽身結(jié)構(gòu)計算3.1、縱向結(jié)構(gòu)計算3.1.1、槽身剖面形式及尺寸擬定參考已建工程，初定槽身結(jié)構(gòu)尺寸如下圖3.1所示，渡槽長180m，每跨長度選定15m，共12跨，支撐結(jié)構(gòu)選取排架形式，每節(jié)槽身由兩個排架支撐，故等同于簡支梁結(jié)構(gòu)進行計算。槽身橫斷面最常采用的是矩形和U形。本次設計選擇矩形渡槽斷面，渡槽無通航要求。為改善橫向受力條件槽頂設置拉桿，每隔1.5m設置一根拉桿，于渡槽拉桿上布置人行道，底板寬1m，高0.1m。側(cè)墻厚度根據(jù)經(jīng)驗公式t/=1/12-1/16，取側(cè)墻厚度t=20cm，側(cè)墻高為=3.20m，底板地面高于側(cè)墻底緣，以減少底板的拉應力，底板厚度為20cm，側(cè)墻和底板的連接處加設角度為的貼角。根據(jù)前面計算結(jié)果，槽內(nèi)凈寬B=4m，高H=2.89m（拉桿0.1m），拉桿斷面尺寸：高*寬=10cm*10cm。具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖3-1所示。3.1.2、各類系數(shù)的確定該渡槽屬于Ⅲ級水工建筑物，采用C25混凝土，Ⅱ級鋼筋。結(jié)構(gòu)重要系數(shù)=1.0，設計狀況系數(shù)ψ=1.0，承載能力極限狀態(tài)使得機構(gòu)系數(shù)=1.20，永久荷載分項系數(shù)=1.05，可變荷載分項系數(shù)=1.20。槽身橫斷面圖槽身縱斷面圖（Ⅰ-Ⅰ斷面）圖3-1槽身結(jié)構(gòu)尺寸圖（單位：mm）3.1.3、荷載計算縱向計算中的荷載一般按均布荷載考慮，包括槽身重力（拉桿等是少量集中荷載也換算為均布荷載）、槽中水體的重力及人群荷載，其中槽身自重、水重為永久荷載，人群荷載為可變荷載。3.1.3.1、永久荷載設計值：永久荷載設計值=永久荷載分項系數(shù)×永久荷載標準值（其中＝1.05）（1）自重：槽身斷面面積=2.68槽身自重標準值=2.68*25=67槽身自重設計值=*=67*1.05=70.35（2）水重：過水斷面面積=9.64；=11.08設計水深時值水重標準值（h=2.42m）=9.64*10=96.4設計水深時值水重設計值（h=2.42m）=96.4*1.05=101.22加大水深時值水重標準值（h=2.79m）=11.08*10=110.8加大水深時值水重設計值（h=2.79m）=110.8*1.05=116.34（按加大流量時進行計算）3.1.3.2、可變荷載設計值：可變荷載設計值=可變荷載分項系數(shù)×可變荷載標準值（其中＝1.2）人群荷載：人群荷載標準值=2.0*1.0m=2人群荷載設計值=2*1.20=2.43.1.4、縱向內(nèi)力計算如圖所示單跨長度15m，槽身每邊支座寬50cm，取計算跨度l=1.05=1.05*（15-1）=14.7m，槽身寬度B=4m，寬跨比l/B=14.7/4=3.675，因此可按梁法計算槽身內(nèi)力?？v向結(jié)構(gòu)計算可將矩形槽身截面概化為工字型，槽身側(cè)墻為工字梁的腹板，側(cè)墻厚度之和即為腹板厚度，b=2*20=40cm；槽身底板構(gòu)成工字梁的下翼緣（由于簡支梁槽身底板處于受拉區(qū)，故在強度計算中不考慮底板的作用，但在抗裂驗算中加以考慮）；側(cè)墻加大部分和人行道板構(gòu)成工字梁的上翼緣，翼緣的高度為h=10+10=20cm，工字梁高為H=3.3m，翼緣的計算寬度等于與腹板厚度即=40cm?？紤]到側(cè)墻頂部和人行道寬度擴大較小，可近似的將側(cè)墻看作矩形截面，故計算簡圖可簡化為3300*400mm的矩形截面（如圖3.2所示）?？v向計算簡圖橫截面計算簡圖圖3.2槽身縱向計算圖跨中最大彎矩：=1/8*（++）=1/8*（70.35+116.34+2.4）*=5107.56KN.m跨中彎矩設計值：M=**ψ=5107.56kN.m跨端剪力設計值：=*ψ*1/2*（++）*l=1.0*1.0*1/2*（70.35+116.34+2.4）*14.7=1389.81kN3.1.5、配筋計算簡支梁跨中部分應處于受壓區(qū)，故在強度計算中不考慮底板（受拉）的作用；側(cè)墻高度較大時，沿墻壁配置Φ6～Φ12的縱向鋼筋，其間距不宜大于30cm；因槽身底板在受拉區(qū)，故槽身在縱向按h＝1.71mm，b＝0.3m的矩形梁進行配筋計算。渡槽處于露天（二類環(huán)境類別），根據(jù)規(guī)范差得取混凝土保護層厚度c=35mm，預估鋼筋直徑d=20mm，鋼筋兩排布置，所以鋼筋合理作用點到梁受拉邊緣的距離a=c+d=35+20=55mm，截面有效高度為=3300-55=3245mm。正截面：截面抵抗拒系數(shù)：===0.11641ζ=1-=0.12411＜=0.614，不會發(fā)生超筋破壞?？v向受力鋼筋面積：=ζb=0.12411**400*3245=6495.76配筋率：ρ===0.5％＞=0.2％選配鋼筋6φ25+6φ28,=6640斜截面：已求得=1389.81kN，=（0.07）=3.07*kN＞故按構(gòu)造要求，在兩側(cè)布置Φ8@500的雙肢箍筋。3.1.6、抗裂校核忽略補角的作用，將斷面簡化為如下圖（3.3）所示圖3.3抗裂計算簡圖受彎構(gòu)件正截面在即將開裂的瞬間，受拉區(qū)邊緣的應變達到混凝土的極限拉伸值，最大拉應力達到混凝土抗拉強度?；炷翗?gòu)件的抗裂驗算公式如下：≤≤式中--混凝土拉應力的極限系數(shù)，對荷載效應的短期組合=0.85；對荷載效應的長期組合=0.7。--換算截面對受拉邊緣的彈性抵抗矩；--混凝土軸心抗拉強度標準值；—截面抵抗矩系數(shù)，=1.55；以及--換算截面重心軸慣性矩；--換算截面重心軸至受壓邊緣距離；--換算截面A0對受拉邊緣的彈性抗矩，=；混凝土標號C25，鋼筋為Ⅱ級鋼筋，=3.1*105N/mm2.=2.8*N/mm2==7.5=200*3600+400*3100=1960000=，b=400，=4000，h=3300，=200（mm）==1597.96mm==1/3*400*+1/3*400+1/12*（4000-400）+（4000-400）*200*=2.619*===1.54*彎矩標準值：短期組合==（67+110.8+2）*/8=4856.62KN.m=0.85*1.55*1.75*1.54*=3550KN.m＜長期組合==1.0*（67+110.8+2*0.5）*/8=4829.61KN.m=0.7*1.55*1.75*1.54*=2920KN.m＜故均會產(chǎn)生裂縫，繼續(xù)進行裂縫寬度驗算：受彎構(gòu)件的鋼筋應力：==式中--分別為由荷載標準值按荷載效應短期組合及長期效應組合計算的彎矩。==265.17N/==263.70N/受拉鋼筋有效配筋率:===0.169最大裂縫開展寬度：=（3c+0.1）=（3c+0.3）式中--為構(gòu)件受力特征系數(shù)，本構(gòu)件取=1.0；—為鋼筋表面形狀系數(shù)，=1.0；—為荷載長期作用影響系數(shù)，對短期荷載組合=1.5，對長期荷載組合=1.6。經(jīng)查表得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大裂縫寬度允許值{}（二類環(huán)境類別），短期組合為0.3mm，長期組合為0.25mm。短期荷載組合：=1.0*1.0*1.5*（3*35+0.1）=0.23mm＜0.3mm長期荷載組合：=1.0*1.0*1.5*（3*35+0.1）=0.23＜0.25mm故縱向抗裂滿足要求。3.2、橫向結(jié)構(gòu)計算本次設計渡槽設有拉桿，故按照滿槽水進行計算。3.2.1、荷載計算延槽長方向取1/5跨度即3m寬為橫向計算單元，側(cè)墻于橫斷面剛性連接，拉桿與側(cè)墻固定連接，每個計算單元含拉桿2根。3.2.1.1、拉桿標準值：=2=2*0.01*25=0.5kN/m設計值：g==1.05*0.5=0.525kN/m3.2.1.2、側(cè)墻上水壓力（水壓力呈三角分布，滿槽時底端有最大壓力）標準值：=hb=10*2.69*3=80.7kN/m設計值：==1.2*80.7=96.84kN/m3.2.1.3、底板自重標準值：==0.2*3*25=15kN/m自重設計值：g==1.05*15=15.75kN/m3.2.1.4、底板上水壓力（水壓力呈均勻分布，滿槽時假設水面與拉桿中心線重合）標準值：=hb=10*2.69*3=80.7kN/m設計值：q==1.2*80.7=96.84kN/m3.2.1.5、人群荷載（人群荷載換算成作用于中心軸線上的集中荷載）標準值：=2*3=6kN設計值：P==7.2kN計算簡圖如下：圖3.4橫向計算簡圖3.2.2、橫向結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算圖3.5M-橫向結(jié)構(gòu)彎矩圖（kN.m）圖3.6Q-橫向結(jié)構(gòu)剪力圖（kN）圖3.7N-橫向結(jié)構(gòu)軸力圖（kN）使用力學求解軟件，求的橫向結(jié)構(gòu)內(nèi)力簡圖如上圖（圖3-5、3-6、3-7），具體內(nèi)力如下：內(nèi)力計算桿端內(nèi)力值(乘子=1)桿端1桿端2單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩1123.186159236.439000-103.276905123.186159-236.439000-103.2769052-4.70250000123.186159-103.276905-4.70250000-19.1686401-20.1250038319.1686401-4.70250000-20.125003819.1686401-3.60000000-28.8426288419.16864013.60000000-28.842628819.16864014.70250000-20.12500385-4.7025000019.1686401-20.1250038-4.70250000-123.186159-103.2769053.2.3、配筋計算3.2.3.1、底板配筋與抗裂校核：（按底板中部彎矩配筋）采用C25混凝土，＝12.5N/mm2，Ⅱ級鋼筋，==310N/mm2，M=144.98kN.m，N=123.19kN。鋼筋保護層厚度c=30mm，預估鋼筋直徑d=12mm，則有a=c+d/2=36mm=，h=200mm，=h-a=164mm。=M/N=144.98/123.19=1.18m＞h/2-a=64mm，故按大偏心受拉構(gòu)件配筋,底板上側(cè)受拉，鋼筋面積為，下側(cè)鋼筋，e=-h/2+a=1180-100+36=1116mm。==0.614=由上式得=＜0，說明要按最小配筋率配筋。=b=0.2％*3000*164=984選配4φ18@200（=1018）==0.1365ε=1-=0.1474===4419選配4φ28+8φ18@200（=4499）ρ===0.914％＞=0.20％，滿足要求。裂縫寬度驗算：驗算跨中截面的裂縫，先考慮短期組合，近似取短期組合彎矩標準值=M/=144.98/1.05=138.08kN.m，則有鋼筋應力：===215.1N/有效配筋率計算：===0.021為構(gòu)件受力特征系數(shù)，本構(gòu)件取=1.0；為鋼筋表面形狀系數(shù)，=1.0；為荷載長期作用影響系數(shù)，對短期荷載組合=1.5，對長期荷載組合=1.6。最大允許裂縫寬度{}：短期取0.30，長期取0.25（mm）。=（3c+0.1）=1.0*1.0*1.5*（3*30+0.1*）=0.292mm＜0.30mm，故抗裂符合設計要求。3.2.3.2、側(cè)墻配筋與抗裂校核 由內(nèi)力計算簡圖得知，側(cè)墻與底板的固結(jié)處彎矩和剪力均達到最大，其值分別為=103.28kN.m，=123.19kN。彎矩設計值M=Ψ=103.28kN.m剪力設計值Q=Ψ=12.19kN正截面：鋼筋保護層厚度c=30mm，預估鋼筋直徑d=12mm，則有a=c+d/2=36mm。截面抵抗拒系數(shù)：===0.1229ζ=1-=0.13153＜=0.614，不會發(fā)生超筋破壞?？v向受力鋼筋面積：=ζb=0.13153**3000*164=3852配筋率：ρ===0.7％＞=0.2％，滿足要求。按板進行配筋計算，由于計算單元寬b=3m，故每米需要配筋面積=/3=1284，選配4φ16+2φ18（=1313）斜截面：=0.07=0.07*12.5*3000*164=430.5kN＞Q=1.2*123.19=147.83kN，故只需按構(gòu)造配置鋼筋，根據(jù)規(guī)范要求可選配φ8@200的箍筋。側(cè)墻的抗裂校核：驗算貼腳頂端處截面的裂縫，先考慮短期組合，由于只有活載，則=M/=92.952kN.m，M為貼腳處的彎矩設計值，可近似假設彎矩為線性分布按比例求出，則有鋼筋應力：===165.4N/有效配筋率計算：===0.0182為構(gòu)件受力特征系數(shù)，本構(gòu)件取=1.0；為鋼筋表面形狀系數(shù)，=1.0；為荷載長期作用影響系數(shù)，對短期荷載組合=1.5，對長期荷載組合=1.6。最大允許裂縫寬度{}：短期取0.30，長期取0.25（mm）。=（3c+0.1）=1.0*1.0*1.5*（3*30+0.1*）=0.223mm＜0.30mm，故抗裂符合設計要求。3.2.3.3、拉桿的配筋計算跨中彎矩M=28.84kN.m，軸力N=19.17kN。拉桿所承受的剪力很小，可不進行斜截面強度計算。鋼筋保護層厚度c=25mm，預估鋼筋直徑d=10mm，則有a=c+d/2=30mm=，h=100mm，=h-a=70mm。=l=3600mm。=M/N=28.84/19.17=1.50m=1500mm，屬于偏心受壓構(gòu)件?？紤]構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)繞曲對軸向力偏心距的影響，應將軸向力對截面偏心距乘以偏心距增大系數(shù)η。η=1+=，=1.15-0.01/h式中--偏心距；—構(gòu)件的計算長度；h—截面的計算高度；--截面的有效高度；B—構(gòu)件的截面面積；--截面對應變截面曲率的影響；--構(gòu)件長細比對截面曲率的影響系數(shù)；N—截面所受的軸力；--混凝土抗拉強度；--結(jié)構(gòu)系數(shù)，=1.2。經(jīng)計算得：==2.72，則取=1.0；=1.15-0.01*3600/100=0.79；η=1+=1.034；η=1.034*1500=1550＞0.3=23.3屬于大偏心受壓構(gòu)件，配置對稱鋼筋，可得：===0.009；x==0.009*70=0.63＜2=60mm==，式中=η-h/2+=1550-50+30=1530mm===4060，由于計算單元寬b=3m，含拉桿兩根，故每根鋼筋面積為==4190/2=2030。選配2φ36鋼筋。配筋率：ρ===1.9％＞=0.2％，滿足要求。白蓮河龍?zhí)稕_（拱式）渡槽設計四、支撐結(jié)構(gòu)設計四、支撐結(jié)構(gòu)設計4.1、支撐結(jié)構(gòu)的形式及尺寸擬定支撐結(jié)構(gòu)選取空腹排架式拱式渡槽，拱上結(jié)構(gòu)為排架，排架采用等跨間距15m，槽身至于排架頂部，主拱圈采用肋拱。上下游漸變段各取8m與梯形混凝土渠道連接，渡槽全長180m，拱墩臺及排架基礎墩均采用漿砌石重力墩。槽下兩岸墩間用漿砌石護坡。混凝土強度等級C25。4.1.1、主拱圈設計主拱圈采用鋼筋混凝土變截面懸鏈線雙肋無鉸拱。拱上布置排架，排架間距15m，并在排架所在截面于兩肋間設置橫系梁。主拱圈兩拱腳處設拱座，連接處設槽墩，拱座建于堅固的新鮮基巖上，可不考慮拱腳變位對拱圈應力的影響?；炷翉姸鹊燃塁25?；緟?shù)有拱跨L、矢跨比f/L和寬跨比b/L。（1）拱跨L根據(jù)設計經(jīng)驗，取計算跨度L=87m，共兩跨。（其中兩跨連接處槽墩頂寬3m）（2）矢跨比f/L由于槽身底面到地面最大高差約15m，主拱圈形式采用肋拱，故選取矢跨比1/6，f=14.5m（3）寬跨比b/L拱寬b一般與槽身寬相等，槽寬為4m。4.1.2、拱軸系數(shù)m的確定及拱圈幾何特性計算主拱圈采用等寬度變厚度矩形截面肋拱，擬定肋寬=1m、拱頂寬度=1m、厚度變化系數(shù)n=0.5。拱寬為4+1=5m。初步選取拱軸系數(shù)m=1.167，將半跨拱肋等分為12段，根據(jù)《渡槽》書后附錄懸鏈線無鉸拱計算用表，計算出拱軸線的縱坐標及拱軸任一點處切線水平傾角的正切，根據(jù)式（4-1）計算各截面的拱厚d，進而計算各項幾何數(shù)據(jù)，由式（4-2）、（4-3）計算拱圈內(nèi)、外緣坐標、、、，計算結(jié)果見表4-1，具體尺寸布置見圖4-5d=（4-1）式中--為拱頂?shù)暮穸?；ξ—為表示拱截面位置的拱軸橫坐標無量綱參變量；n—為拱圈截面慣性矩變化系數(shù)，此處n=0.5；（4-2）（4-3）表4-1拱圈幾何特性計算表(1)截面號0-拱頂0123456789101112-拱頂(2)X43.539.87536.2532.6252925.37521.7518.12514.510.8757.253.6250(3)1.0000.8370.6890.5560.4380.3340.2450.1700.1080.0610.0270.0070.000(4)14.5012.139.9878.0616.3494.8473.5532.4621.5730.8840.3920.0980.000(5)4107.53733.53367.93009.82658.62313.31973.21637.61305.7976.7649.9324.60.0(6)0.6850.6220.5610.5020.4430.3860.3290.2730.2180.1630.1080.0540.000(7)0.8250.8490.8720.8940.9140.9330.9500.9650.9770.9870.9940.9991.000(8)0.8250.8490.8720.8940.9140.9330.9500.9650.9770.9870.9940.9991.000(9)0.9380.9470.9550.9630.9710.9770.9830.9880.9920.9960.9981.0001.000(10)1.2601.2271.1971.1701.1451.1221.1011.0811.0631.0461.0291.0141.000(11)d(頂厚)1.1821.1621.1431.1271.1111.0961.0821.0681.0541.0411.0271.0141.000(12)A=b*d1.1821.1621.1431.1271.1111.0961.0821.0681.0541.0411.0271.0141.000(13)=1.4321.3681.3111.2601.2151.1751.1391.1071.0791.0551.0331.0151.000(14)J=0.1380.1310.1250.1190.1140.1100.1060.1020.0980.0940.0900.0870.083(15)0.4880.4930.4990.5040.5080.5110.5140.5150.5150.5140.5110.5060.500(16)0.3340.3070.2800.2530.2250.1970.1690.1410.1120.0840.0550.0270.000(17)=(2)-(16)43.16639.56835.97032.37228.77525.17821.58117.98414.38810.7917.1953.5980.000(18)=(4)+(15)14.98812.62510.4868.5646.8575.3594.0662.9772.0881.3970.9030.6040.500(19)=(2)+(16)43.83440.18236.53032.87829.22525.57221.91918.26614.61210.9597.3053.6520.000(20)=(4)-(15)14.01211.6399.4887.5575.8414.3363.0391.9471.0580.370-1.18E-01-4.08E-01-5.00E-014.2、拱上排架設計在已求出槽身底部高程的條件下，按照拱上排架布置方案，可定出排架底部高程并求得每個排架的高度H，進一步計算設計條件下通過排架立柱傳給拱肋的鉛直荷載。由地形圖可知，槽身底部于地表最大高差約15m，渡槽的坡降為1/800。4.2.1、排架底部高程及高度H（m）截面號0123456-15.0-6.4-1.550.00-1.55-6.4-15.0H15.56.881252.01250.443751.9756.8062515.3875截面號789101112-6.4-1.550.00-1.55-6.4-15.0H6.768751.90.331251.86256.6937515.2754.2.2、排架形式及尺寸的選擇以0號排架為例，采用C25混凝土，H=15.5m，B=4.4m，排架短邊=0.4m，長邊=1.0m，排架截面每隔4.0m設置一根橫梁，梁高=0.5m，梁寬=0.4m，牛腿h=1.0m，牛腿處傾角θ=，牛腿長度c=0.5m。具體布置見下圖：圖4-2拱上排架布置圖（0號）4.2.3、排架荷載計算4.2.3.1、槽殼自重=+=70.35+2.4=72.75，=72.75*15=1091.254.2.3.2、滿槽水重設計水深時值水重設計值（h=2.42m）=96.4*1.05=101.22加大水深時值水重設計值（h=2.79m）=110.8*1.05=116.344.2.3.3、排架自重（以0號排架為例）經(jīng)計算排架的橫截面積為=18.775，故=18.775*1.0*25=469.375故可計算出通過排架傳給拱肋的鉛直荷載，見下表：（單位）表4-2半跨鉛直荷載分布表3305.7253044.732897.302849.794.2.3.4風荷載計算A、作用于槽身的橫向風壓力作用于槽身的風荷載強度標準值按下列公式（4-4）計算：=（4-4）式中：W0--為基本風壓值，根據(jù)資料取35kg/m2（即0.35kN/m2）；μs--為風載體形系數(shù)，本渡槽為矩形槽身，H/B=2.79/4=0.7，根據(jù)《渡槽》①中的表1-6可查得空槽時取1.70，滿槽時取1.74；μz--為風壓高度系數(shù)，因為槽身的迎風面距地面約15m，參考《渡槽》中的表1-5可近似取其值為1.14μt--為地形、地理條件系數(shù)，根據(jù)資料提供的地形圖可取1.2,；βz--為風振系數(shù)，其值由自振周期T1決定，T1由下式（4-5）計算：=3.63(4-5)式中：H--為槽身重心至地面高度（m），近似取16m；M--為擱置于排架頂部的槽身質(zhì)量(空槽情況)或槽身及槽中滿槽水的總質(zhì)量（kg），根據(jù)前面計算取2.9×105kg；E--為排架材料的彈性模量（N/m2），近似取C25混凝土的彈性模量2.8×1010N/m2；J--為排架橫截面的慣性矩（m4），J=（1.0×0.43/12+1.0×0.4×2.4752）×2=4.91m4；A--為排架的橫截面面積（m2），A=2×1.0×0.4=0.8m2；ρ--為排架材料的密度（kg/m3），取鋼筋混凝土密度2.5×103kg/m3；由此可計算出自振周期：=1.089s由此根據(jù)《渡槽》中表1-7可查得βz=1.45。將上述各參數(shù)的取值代入公式（4-4）可計算得：=1.45*1.74*1.14*1.2*0.35=1.21kN/m2由于風荷載為活荷載，則槽身風荷載強度設計值：==1.2*1.21=1.452kN/m2已知槽身高3.29m，一節(jié)槽身長15m（包括兩端伸縮縫長度），則作用于槽身上的橫向風壓力設計值為：=3.29*15*1.452=71.66kNB、作用于排架的橫向風壓力（以0號排架為例）由于排架兩立柱間間距為4m較大，安全起見，不考慮前柱對后柱的擋風作用，排架的風荷載強度標準值按下式（4-6）計算：=（4-6）式中各參數(shù)意義參見公式（4-4），計算式參考《渡槽》中的表1-5、1-6、1-7可取各參數(shù)的值為：μs=1.4，μz=0.9，μt=1.2，βz=1.45，由此可計算得：=2*1.45*1.4*0.9*1.2*0.35=1.53kN/m2同理可計算出排架風荷載強度設計值：==1.2*1.53=1.836kN/m2作用于排架上的橫向風壓力可視作均勻分布在立柱上，則有風荷載強度設計值為：=*1.0=1.836kN/m4.2.3.5、作用排架節(jié)點上的荷載A、槽身傳遞給排架頂部的荷載作用于槽身的橫向風壓力通過支座的摩阻作用，以水平力的形式傳到排架頂部；同時距排架頂?shù)母叨?.7m，對排架頂?shù)母叱趟a(chǎn)生的力矩將轉(zhuǎn)換為一對方向相反的集中力，分別作用于兩立柱頂端，迎風面力的方向向上，背風面力的方向向下，槽身自重及槽中水重也通過支座傳到排架頂部，立柱自重不產(chǎn)生彎矩，可不計。滿槽水加橫向風壓力的情況：=(+)/2-*1.7/4.0=(1091.25+1745.1)/2-71.66*1.7/4.0=1387.715kN=(+)/2+*1.7/4.0=(1091.25+1745.1)/2+71.66*1.7/4.0=1448.635kN===71.66/2=35.83kN空槽加橫向風壓力的情況：=/2-*1.7/4.0=1091.25/2-71.66*1.7/4.0=515.165kN=/2+*1.7/4.0=1091.25/2+71.66*1.7/4.0=576.085kN===71.66/2=35.83kN排架上橫梁的自重標準值=0.4*0.5*25=5kN/m設計值=1.2*5=6kN/m4.2.3.6、計算工況的確定A、滿槽水加橫向風壓力B、空槽加橫向風壓力4.2.4、排架的內(nèi)力計算4.2.4.1、滿槽水加橫向風壓力根據(jù)前面的荷載計算，可用結(jié)構(gòu)力學求解器求得排架的各種內(nèi)力。對于立柱抗拉剛度EA1=2.8×1010×1.0×0.4=1.12×1010N；抗彎剛度EI1=2.8×1010×1.0×0.43/12=0.18×1010；對于橫梁有抗拉剛度EA2=2.8×1010×0.5×0.4=0.56×1010+N；抗彎剛度EI2=2.8×1010×0.4×0.53/12=0.14×1010。內(nèi)力計算結(jié)果如下圖所示：（1）排架荷載分布圖（滿槽）（2）排架彎矩圖（滿槽）（3）排架軸力圖（滿槽）（4）排架剪力圖（滿槽）圖4-30號排架內(nèi)力計算圖（滿槽）具體內(nèi)力計算數(shù)據(jù)如下：內(nèi)力計算桿端內(nèi)力值(乘子=1)桿端1桿端2單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩1-1150.6075650.9906065-119.668128-1150.6075643.646606569.60629782-2.80121585-63.6440756144.576192-2.80121585-87.6440756-158.0001093-885.19243049.1273935-119.181648-885.19243049.127393577.32792524-1214.2516446.4478223-74.9698949-1214.2516439.103822396.13339445-797.54835546.3261776-80.6721844-797.54835546.3261776104.6325266-2.15176734-97.5317683178.591834-2.15176734-73.5317683-163.5352397-1287.7834141.2555896-67.4018446-1287.7834133.911589682.93251408-8.34441031-99.9315867219.583014-8.34441031-123.931586-228.1433329-700.01658644.1744103-73.9593082-700.01658644.1744103102.73833210-1387.7150042.2560000-136.650500-1387.7150035.8300000-0.0000000011-576.08500035.8300000-0.00000000-576.08500035.8300000125.4050004.2.4.2、空槽加橫向風壓力空槽加橫向風壓力時的內(nèi)力計算同滿槽時的計算方法一樣，只是槽身傳到立柱頂部的集中力減小，計算結(jié)果如下圖4-4所示：（1）排架彎矩圖（空槽）（2）排架剪力圖（空槽）（3）排架軸力圖（空槽）圖4-40號排架內(nèi)力計算圖（空槽）具體內(nèi)力計算數(shù)據(jù)如下：內(nèi)力計算桿端內(nèi)力值(乘子=1)桿端1桿端2單元碼軸力剪力彎矩軸力剪力彎矩1-311.63273350.9906065-186.818456-311.63273343.64660652.455969492-2.80121585-63.0203934143.328828-2.80121585-87.0203934-156.7527453-1724.1672649.1273935-186.331977-1724.1672649.127393510.17759684-374.65312646.4478223-140.872858-374.65312639.103822330.23043055-1637.1468746.3261776-146.575148-1637.1468746.326177638.72956226-2.15176734-93.2569464170.042190-2.15176734-69.2569464-154.9855957-443.91007341.2555896-124.755164-443.91007333.911589625.57919418-8.34441031-71.2549267162.229694-8.34441031-95.2549267-170.7900139-1543.8899244.1744103-131.312628-1543.8899244.174410345.385013010-515.16500042.2560000-136.650500-515.16500035.8300000-0.0000000011-1448.6350035.83000000.00000000-1448.6350035.8300000125.4050004.2.5、排架的配筋計算4.2.5.1、立柱的配筋計算正截面：立柱尺寸h=400mm，b=1000mm，選用Ⅱ級鋼筋，ft=310N/mm2由于渡槽的環(huán)境類別為二類，可取混凝土保護層厚度c=c′=35mm，預估鋼筋直徑d=16mm，且鋼筋布置一排，所以受力鋼筋合力作用點到梁受拉邊緣的距離a=a′=c+d/2=35+16/2=43mm；將立柱視為一端固定一端為不移動的鉸接，則計算長度l0=0.7H=0.7*15.5=10.85m，計算高度=h-a=400-43=357mm初始偏心距=M/N=119.18/1724.2=0.069m偏心距增大系數(shù)由于l0/h=10.85/0.4=27.1＞8===1.20=1.15-0.01/h=1.15-0.01*27.1=0.879由此可計算得偏心距增大系數(shù)η=1+=1+*1.2*0.879=4.6η=4.6*0.069=0.32m=320mm＞0.3=0.3*400=120mm故按大偏心受壓構(gòu)件進行計算。由于風荷載方向的不確定性，立柱采用對稱配筋，則截面受壓高度：x===165.5mm＜=0.614*357=219.2mm故屬于大偏心受壓構(gòu)件，且x=165.5mm>2a=2×43=86mm。鋼筋面積、=0.614e=η+-a=320+400/2-43=477mm====3184選配4φ28+2φ22鋼筋（=3223），ρ===0.805％＞=0.20％，滿足要求斜截面：驗算截面尺寸：（0.25b）=*（0.25*12.5*1000*357）=929kN＞V=123.9kN，截面尺寸滿足要求。下面計算是否需要按計算配置箍筋：λ===21.7＞3取λ=3，對應軸向壓力值N=885.2kN＜0.3A=0.3*12.5*1000*357=1338.75kN（b）+0.07N=*（12.5*1000*357）+0.07*885.2=227.3kN＞49.2kN故無需按計算配筋，選配φ10@200的箍筋。4.2.5.2、橫梁的配筋計算橫梁按受彎構(gòu)件進行配筋計算：正截面：由于渡槽的環(huán)境類別為二類，可取混凝土保護層厚度c=35mm，預估鋼筋直徑d=16mm，且鋼筋布置一排，所以受力鋼筋合力作用點到梁受拉邊緣的距離a=c+d/2=35+16/2=43mm；因此截面的有效高度h0=500-43=457mm。截面抵抗拒系數(shù)：===0.082ζ=1-=0.0857＜=0.614，不會發(fā)生超筋破壞。縱向受力鋼筋面積：=ζb=0.0857**500*457=790配筋率：ρ===0.346％＞=0.2％，滿足要求。選配4φ16（=804）斜截面：支座邊最大剪力設計值=（0.07b）=*（0.07*12.5*500*457）=166.6kN＞v=97.5kN故斜截面抗剪滿足要求,只需按構(gòu)造要求在底板及兩邊側(cè)墻中配置φ10@200的箍筋。4.2.6、排架的縱向計算4.2.6.1、排架一端槽身已就位，另一端尚未吊裝的情況（無水）半節(jié)槽身重/2=1091.25/2=545.625kN，考慮到施工荷載，取動力系數(shù)n=1.3，則該情況下的荷載N=1.3×545.625=709.315kN，偏心距e0=500mm。偏心距增大系數(shù)由于l0/h=10.85/1.0=10.85＞8===2.94，取1。=1.15-0.01/h=1.15-0.01*10.85=1.0415由此可計算得偏心距增大系數(shù)η=1+=1+*1.2*1.0415=1.075η=1.075*500=537.5mm＞0.3=0.3*357=107.1mm故按大偏心受壓構(gòu)件進行計算。配筋計算由于施工順序的不確定性，立柱采用對稱配筋，則截面受壓高度：x===170.24mm＜=0.614*357=219.2mm故屬于大偏心受壓構(gòu)件，且x=170.24mm>2a=2×43=86mm。鋼筋面積、=0.614e=η+-a=537.5+1000/2-43=994.5mm==＜0故按最小配筋率配筋，=0.2％*1000*400=800故原立柱的配筋能滿足要求。4.2.6.2、無水平風向荷載作用，僅渡槽最大垂直荷載作用下，立柱為軸心受壓狀態(tài)。此時按軸心受壓長住進行承載力復核，l0/b=10.85，根據(jù)《水工混凝土結(jié)構(gòu)》中表3-1查得軸心受壓柱穩(wěn)定系數(shù)φ=0.96，As′=3223mm2，則有：=φ（+）=*0.96（12.5*1000*400+210*3223）=4541.5kN最大垂直荷載N=(1091.25+1745.1)/2=1418.175kN，故原配筋滿足要求。4.3、拱圈設計4.3.1、拱軸系數(shù)m的校核拱肋重力按分段法計算，將半跨拱肋等分為12段，每段水平長度△x=43.5/12=3.625m，各分段重力按下列公式計算，計算結(jié)果見下表（4-3）：=γ（3+）=γ（3+）=γ（i=0,1,2，….5，7，8，….11）=γ（3+）=γ（3+）=γ（+3）式中：γ為拱肋材料重度，γ=25表4-3拱肋重力分段計算表單位（）61.83123.9889118.82977114.23024110.12747106.4709352.0251.25100.338797.80021695.57949793.65540292.00940245.49半跨拱肋重1263.621。求出和后，分別計算和對1/4拱跨處v點的力矩和對拱腳k點的力矩，計算結(jié)果見下表（4-4）：表4-4拱上各點彎矩計算表荷載名稱荷載值Kn對v點力臂對k點力臂3044.73013.541103.862897.306.7519556.77528.592573.052849.7921.7561982.93343.5133965.961.83000123.988903.625449.4598118.8297707.25861.5158114.23024010.8751242.254110.12747014.51596.848106.47093018.1251929.78652.02020.843751084.29251.250.9062546.44531322.656251161.133100.33873.625363.7277925.3752546.09597.8002167.25709.05157292836.20695.57949710.8751039.42732.6253118.28193.65540214.51358.003336.253395.00892.00940218.1251667.670439.8753668.87545.4921.75989.407543.51978.815∑84713.1345090.6===4.074m=-1=1.149計算得m值與初擬值m=1.167接近，下面計算時用m=1.1674.3.2、彈性壓縮系數(shù)的計算由式=式中=，=由《渡槽》書后附錄B中表B7和B6查得：=1.06，v=1.2=0.097725已知：拱頂截面=100*100=，==3.33*；C25混凝土彈性模量E=2.8*kN/。則=0.097725*=0.01918==0.0153==0.0135將、代入上式，求得彈性壓縮系數(shù)：==0.01514.3.3、鉛直荷載作用下的內(nèi)力計算由于上部鉛直荷載是通過排架立柱傳給主拱圈的，故按集中荷載計算。拱圈自重（）所產(chǎn)生的內(nèi)力，應根據(jù)施工方法的不同而按無鉸拱或有鉸拱計算，本例計算中按無鉸拱考慮。對于變截面懸鏈線無鉸拱在集中荷載作用下的內(nèi)力，采用拱腳內(nèi)力影響線計算。首先利用附錄B表B14、表B15查算不計彈性壓縮影響左拱腳的彎矩、水平推力的影響線縱坐標，同時還可以從表B16查得左拱腳鉛直反力的影響線縱坐標。在單位鉛直荷載（）的作用下，考慮彈性壓縮影響，左拱腳截面的內(nèi)力彎矩和水平推力H按以下公式計算：=-（f-）H=（1-）式中：--為彈性中心位置，可查附錄B表B3。本例中，由m=1.167，n=0.5查得=0.275f。已知f=14.5m，所以=0.275*14.5=3.9875m將f、、各值代入上式，計算坐公交彎矩、水平推力影響線縱坐標的具體計算式如下：=-0.0151（14.5-3.9875）=-0.15874=（1-0.0151）=0.9849圖4-5拱圈幾何圖形與荷載左拱腳的彎矩、水平推力和鉛直反力影響線縱坐標值得查算結(jié)果列于下表（4-5）：表4-5拱上各點彎矩、水平推力、鉛直反力計算表截面號012345678/l0-0.0353-0.0578-0.0717-0.0754-0.0716-0.0616-0.0474-0.0302f/l00.00510.01910.04030.06680.09650.12760.1580.18610-3.0711-5.0286-6.2379-6.5598-6.2292-5.3592-4.1238-2.627400.03060.11460.24180.40080.5790.76560.9481.11660-3.07596-5.04679-6.27628-6.62342-6.32111-5.48073-4.27429-2.8046500.0301380.112870.2381490.3947480.5702570.7540390.9336851.09973910.99580.98340.96290.93460.89880.85620.80740.7531截面號9101112/l-0.01180.00650.02330.03740.0480.05470.05730.05620.0517f/l0.210.22840.24010.24410.24010.22840.210.18610.158-1.02660.56552.02713.25384.1764.75894.98514.88944.49791.261.37041.44061.46461.44061.37041.261.11660.948-1.226610.3479631.7984193.0213093.9473194.5413634.7850884.7121514.3474141.2409741.3497071.4188471.4424851.4188471.3497071.2409741.0997390.9336850.69410.63150.56640.50.43360.36850.30590.24690.1926截面號/l0.04460.03560.02580.01620.00790.00220f/l0.12760.09650.06680.04030.01910.005103.88023.09722.24461.40940.68730.191400.76560.5790.40080.24180.11460.030603.7586693.005292.1809771.3710170.6691080.18654300.7540390.5702570.3947480.2381490.112870.03013800.14380.10120.06540.03710.01660.00420利用左拱腳的彎矩、水平推力和鉛直反力影響線縱坐